Розвиток технологій у світі зразкових залізниць також не зупинити. Таким чином, не тільки моделі стали кращими та красивішими, але останнім часом їх дизайн інтер’єру також сильно змінився. Сьогодні все більше заводів із гордістю повідомляють, що їм вдалося розробити та включити в свої моделі двигуни кращі, ніж кращі. Очевидно, це диво не шкодить двигунам, якщо також є потрібна напруга живлення. Багато дорогих і чудових двигунів можна зіпсувати, якщо моделісти не беруть цього до уваги.

У статті нижче я спробую узагальнити те, що також використовується в сучасному моделюванні.

Спочатку розглянемо, які джерела живлення потрібні:

Моделі залізниць з електричної точки зору поділяються на 2 основні групи:

AC - моделі AC - це пережиток героїчного віку, коли не було придатної технології для постійного струму або відповідного магніту. Сьогодні його в основному використовують Мерклін та кілька ностальгічних фабрик у більших масштабах (Лайонел, Американська Флаєр та ін.)

Управління постійним струмом. Це більшість, і сучасні сучасні двигуни майже без винятку забезпечують найкращу потужність постійного струму. Сучасні високоякісні магніти спричинили надзвичайне збільшення показників за останні роки.

Оскільки моделі змінного струму, за винятком Німеччини, майже не зустрічаються, я також вважаю за краще говорити про типи постійного струму. Крім того, Märklin вже включає двигун постійного струму в багато своїх моделей та вбудовує його в електронну систему змінного струму.

Давайте подивимось, які проблеми у модельного поїзда:

· Оптимальне управління різними двигунами

· Незалежний контроль роботи

· Дуже широкий діапазон управління (мінімальна - максимальна швидкість)

· Картування руху реальних поїздів (прискорення, інерція, уповільнення тощо)

· Керування зовнішніми елементами (ПК, пульт дистанційного керування тощо)

Оптимальне управління двигунами:

У моделях постійного струму є два типи двигунів:

1. Двигун із звичайним магнітним статором. Тут два сильні магніти збуджують необхідне магнітне поле, в якому обертається ротор із котушками, сформованими із залізної пластини. Ротор може мати 3 і більше полюсів. Сучасні двигуни переважно 5-полюсні. Такі двигуни магнітно "застряють" у сильному магнітному полі, тобто коли двигун не під напругою, обертання ротора не є рівномірним, і можна виявити перешкоди, створювані магнітним полем. Це також означає, що якщо ми відключимо напругу від двигуна, вона зупиниться за дуже короткий час, коли магніт загальмує її. Це дуже невигідна властивість, якщо напр. на двигуні є маховик, оскільки накопичена в ньому енергія буде використана не для руху, а для подолання магнітного тертя.
Зараз цей ефект досягнуто у т.зв. конструкція двигуна з косою канавкою. Цей двигун майже ідентичний відомим двигунам, лише полюси/котушки ротора злегка скручені. Цей двигун вже набагато менш чутливий до магнітного поля, тобто його обертання набагато плавніше і обертається набагато довше без струму. Всі інші його характеристики близькі до функцій звичайних двигунів.

2. Різні моделі включають двигун різного типу. Це т.зв. двигун приладу з намотуванням дзвонів. Це вже сильно відрізняється від відомих двигунів. Тут магніт знаходиться посередині двигуна, тоді як ротор не містить заліза і оточує циліндричний магніт зовні. Обертальна маса двигуна набагато менша, оскільки вона складається лише з обмотки, не має інерції і не реагує на магнітне поле (в ньому немає заліза). Тертя такого двигуна на порядок нижче, ніж у звичайних двигунів, що також означає, що він запускається з набагато нижчою напругою, краще реагує на зміну напруги і може дуже швидко змінити напрямок за відсутності інерції (дуже важлива особливість для роботів, камер тощо). Отже, цей тип двигуна підходить лише для модельних залізничних цілей за певних умов.

З електричної точки зору, двигун типу 1 вимагає вищої пускової напруги, є більш завантажуваним і менш чутливим до перевантаження. Цей тип двигуна віддає перевагу пульсуючому (нефільтрованому) постійному струму, оскільки пульсація полегшує рухливій частині проходження через магнітні перешкоди. Двигун типу 2 рухається з набагато нижчою напругою (нерідкі випадки, коли значення 0,1 В застосовується і на двигунах, що використовуються на модельних залізницях), коли він навантажений, його індуктивність значно зменшується, а сильний струм може швидко зруйнувати двигун. Важко виробляти для більш високих напруг, оскільки ротор довелося б намотувати з дуже тонкого дроту, що значно збільшило б і без того високі витрати. Цей тип двигуна працює набагато краще з “плавним” постійним струмом, ніж з іншими типами струмів.

З того, що було сказано досі, видно, з якими проблемами доводилося стикатися модельним залізничним заводам, щоб їх моделі могли належним чином контролюватися. Крім того, в їх програмі, як правило, лише один або два типи пультів управління для часто десятків різних буксирувальних машин (від одномоторних малих локомотивів до багатомоторних вагонів, локомотивів).

Ще один показник, що характеризує якість джерел живлення, називається контрольованим фактором. Цей показник характеризує, наскільки чітко можна керувати рухом моделі. Потенціометр зазвичай становить приблизно Його можна повертати на кут 300 градусів. Таким чином, знаючи мінімальну та максимальну швидкості, можна обчислити швидкість зміни швидкості після певного ступеня зміщення. Існують також спеціальні рішення, які включають кращі потенціометри, які можна повертати на кут більше 300 градусів. Були, здавалося б, дуже прості рішення, які перемикали вихідну напругу за допомогою багатополюсного перемикача. Таке управління називається дискретним, оскільки напруга змінюється в залежності від заданих градусів. У випадку з перемикачами, приблизно З 2В сходами. Крім того, трансформатор також є дуже складним, оскільки на вторинній котушці потрібно робити багато вихідних сигналів (не менше 2 на Вольт). Звичайно, у таких випадках не йшлося про постійне регулювання.

Перші блоки живлення були запущені в такій електричній конструкції:

джерела

Блок живлення, описаний на кожному малюнку, тепер є класичним. Тут контакт проходить на вторинній частині трансформатора і віднімає необхідну напругу, яка потім випрямляється і проходить через запобіжник, як правило, біметалічний, до перемикача напряму. Цей перемикач може утворювати механічний блок з контактом (кнопкою управління), в цьому випадку мова йде про управління одним кнопкою.

Єдиним головним недоліком цього рішення є механічна конструкція, оскільки трансформатор повинен бути спроектований таким чином, щоб вторинна котушка охоплювала весь діапазон управління (0-14 В) в один шар. Це непросте завдання і може вимагати спеціальних рішень, наприклад для подвійної обмотки, щоб контакт не викликав короткого замикання в котушці. Звичайно, такий блок управління не може забезпечити ніякої розкоші і може забезпечити лише дуже грубе управління.

Це усувається другим рішенням, де звичайний трансформатор подає 14 В змінного струму, який управляється випрямлячем, а потім електронною ланцюгом. Зараз таке рішення набагато дешевше попереднього. У таких випадках перемикач напрямів також використовується окремо. Недоліком цього є те, що можна змінювати напрямок на повній швидкості, що не дуже схоже на модель і навіть дуже шкідливо для локомотивів. Це електронне рішення пропонує набагато точніше управління, і ми можемо керувати своїм поїздом з роздільною здатністю до 0,5 В.

Залежно від конструкції електроніки, це може бути дуже простим рішенням (один або два транзистори, але це може бути навіть дизайн ІС з іншими потужними функціями). Електроніка часто доповнюється електронним захистом від перевантаження (рис. 3). Це захищає систему від пошкодження від перевантаження.

Такі джерела живлення зазвичай забезпечують плавний змінний струм постійного струму, або, можливо, пульсуючий постійний струм, рівень якого може змінюватися, частота якого однакова (або подвійна) частоти мережі.

Цей тип джерела живлення має кращі властивості, ніж описана механічна версія (якщо, звичайно, розроблений для тієї ж потужності), але часто гірше впливає на моделі, оскільки проста електроніка, що використовується, збільшує внутрішній опір джерела живлення, що не є сприятливий для модельної тяги рейки. (Під час руху в гору падіння напруги на внутрішньому резисторі стає більшим, що ще більше зменшує вихідну напругу, тому поїзд сповільнює ще більше).

Тому кращі електронні версії доповнюються стабілізатором, який слідкує за споживаним струмом, а потім відповідно регулює вихідну напругу. Такі панелі управління автоматично зменшують вихідну напругу, коли поїзд запускається на схилі, або збільшують її, коли поїзд йде вгору. Зазвичай в такій електроніці є лише одна вада, що лише кілька типових локомотивів мають систему в своєму елементі, і, наприклад, багаторазові моторні вагони, що підсвічуються, зазвичай виводять контур з власного балансу, і він або не регулює належним чином, або просто перевантажений. Багато модельних джерел живлення є такими, оскільки споживання енергії моделей можна перевірити там (що є основним параметром для схем управління). Вони не знають, що робити з освітленням.

У правильних ланцюгах навантаження можна встановлювати окремо, тому ми можемо оптимально регулювати параметри ланцюга для кожного поїзда. Така електроніка показана на малюнку 4. У цій системі за допомогою окремих потенціометрів можна встановити прискорення, уповільнення, інерцію локомотива (поїзда) та бажану швидкість. Багато разів замість головної кнопки використовуються дві кнопки для прискорення або гальмування поїзда. Також зазвичай є кнопка екстреного гальмування, що важливо навіть на модельному поїзді.

Як тільки інша електроніка змоделює інерцію та навантаження, можна досягти дуже ефективного управління локомотивом. Роз'єднання навантаження виконується блоком LC, який контролює зміну вихідної напруги і автоматично компенсує її зміну. З таким джерелом живлення локомотиви рухаються по колії майже із заданою швидкістю, майже повністю незалежно від навантаження. На лічильниках класу люкс на дисплеї відображається встановлена ​​швидкість.

Блок VC керує перемикачем напрямків, основна функція якого полягає в тому, щоб ми не могли змінити напрямок руху поїзда, навіть не бажаючи цього. Це контролює вихідну напругу і, поки воно не досягне нуля, не дозволяє вбудованому реле перемикатися.

Найсучасніші блоки цього типу блоків управління вже оснащені мікропроцесором. Ці системи усувають помилки через розсіювання в аналогових системах і замінюють багато потенціометрів кнопками. Кнопки можна використовувати для програмування системи, а мікропроцесор зберігає кожну настройку. У цьому випадку ми повернулися до дискретного (комутаційного) управління, оскільки вихідна напруга змінюється не постійно, а поетапно. Найдешевші рішення мають щонайменше 16 кроків, що становить приблизно 1 В означає зміну на крок. Ультрасучасні джерела живлення працюють із 128 передачами, що вже забезпечує дуже точне управління (тонке управління неможливо уявити за допомогою потенціометра). Крім того, така система вже сумісна з комп'ютерами, тому її можна відносно легко підключити до будь-якого ПК.

Такий сучасний блок управління оснащений всілякими предметами розкоші, напр. роз'єм для дистанційного керування (Walk Around Control), ПК, навіть контакти тощо. Для нього теж.

Для дистанційного управління (WAC) важливо підключати якомога менше ланцюгів, оскільки багатополюсні кабелі та роз’єми дорогі, товсті та важкі. Я знаю рішення, де 3-жильний кабель також пропонує повний контроль. Природно, відключення пульта дистанційного керування від розетки або підключення до мережі не повинно спричинити жодних змін у поїзді.

Зазвичай роз’єм для ПК постачається із програмним забезпеченням, яке дозволяє керувати консоллю через ПК. Можливо, відкритий протокол також дозволяє певну інтеграцію, тобто інша програма управління таблицею полів для комутаторів, індикаторів тощо. Ви можете контролювати рух поїздів відповідно до свого положення. Сьогодні ми знаємо про системи, де поїзди мають штрих-код, який використовується для сканування поїзда для оптимального управління та для переведення поїзда в потрібному напрямку. Звичайно, я не можу підготувати настільки складне програмне забезпечення, але самі модельєри повинні провести багато-багато годин за екраном.

Системи часто мають контактний роз'єм, що дозволяє контролювати чіткий дрейф системи постійного струму (колію петлі). Вбудований контакт перемикає напрямок живлення двома способами (програмованим). Або так, щоб поїзд пройшов крізь петлю без зупинки, або з проміжною, керованою часом зупинкою. Звичайно, зупинка - це безперервне уповільнення, старт - безперервне прискорення. Можуть бути навіть контакти для контролю швидкості.

Як бачимо, у світі мікропроцесорів лише людський розум може створити будь-яку перешкоду, і всі бажання можуть бути виконані зараз чи в найближчому майбутньому. Також не завжди правда, що за недоступною ціною. Тільки новинки, як правило, дуже дорогі, тоді як інша фабрика встановлює новий стандарт із подібним, але дешевшим рішенням. Сучасні декодери управління цифровими моделями також еволюціонували з цих джерел живлення. Ця крихітна електроніка має повне джерело живлення, як описано в останніх главах, з додаванням того, що є також інтерфейс, який підтримує зв'язок з центральним блоком. Всі параметри можна запрограмувати (так звані параметри CV). Тобто ви можете регулювати прискорення, максимальну швидкість тощо локомотива. Тож локомотив бере із собою пульт управління. Але це вже тема іншого світу та іншого опису.

Заводські трансформатори за конструкцією: (список не повний).

Рисунок 1: FZ1, F2, TITAN, ROCO, MEHANO, TRIX

Рисунок 2: ROCO, GAUGEMASTER, ATLAS, ARNOLD

Малюнок 3: ATLAS, MRC Railpower, GAUGEMASTER

Рисунок 4: ROCO ASC, GAUGEMASTER, MRC Tech II